BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Zat cair memiliki tegangan permukaan yang berbeda-beda antara zat cair satu

dengan lainnya. Dalam percobaan ini digunakan empat macam fluida untuk

membuktikan hal tersebut.

1.2 Tujuan percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan tegangan permukaan dari

berbagai cairan antara lain : air, minyak tanah, alkohol dan olie.

1.3 Permasalahan

Permasalahan yang mungkin timbul dalam percobaan ini adalah ketelitian

dalam melihat benda pada saat mencapai keadaan maksimum, bisa saja salah.

Selain itu ketelitian dalam membaca neraca pegas juga kemungkinan dapat

terjadi kesalahan.

1.4 Sistimatika laporan

Laporan ini dimulai dengan abstrak, kemudian dilanjutkan dengan daftar isi,

daftar gambar, daftar tabel, dan daftar grafik. Bab I berisi tentang pendahuluan,

yaitu latar belakang, tujuan percobaan, permasalahan dan sistimatika laporan.

Bab II adalah dasar teori, sedangkan Bab III adalah tentang peralatan dan cara

kerja. Analisis data dan pembahasan diletakkan pada Bab III, sedangkan

kesimpulan pada Bab IV. Terakhir adalah daftar pustaka dan kesimpulan.

1

BAB II

DASAR TEORI

Keluarnya cairan perlahan-lahan dari penetes obat bukanlah seperti arus yang tidak

putus-putus, melainkan setetes demi setetes. Sebatang jarum, jika diletakkan di atas

permukaan air, akan membuat lekukan kecil pada permukaan air itu dan tidak akan

tenggelam, biarpun rapat massanya sepuluh kali rapat massa air.

Bila sebuah pipa gelas bersih berlubang kecil dicelupkan ke dalam air, maka air

akan naik di dalam pipa, tetapi jika dicelupkan ke dalam raksa, raksa ini akan tertekan

ke bawah. Fenomena-fenomena ini dan banyak lainnya yang sama sifatnya,

berhubungan dengan adanya permukaan batas antara suatu zat cair dengan zat cair

lainnya.

Semua fenomena permukaan menunjukkan bahwa permukaan zat cair dapat

dianggap sebagai dalam teregang, demikian rupa sehingga kalau ditinjau setiap garis

di dalam atau yang membatasi permukaannya, maka zat- zat di kedua sisi garis

tersebut saling tarik-menarik. Tarikan ini terletak di dalam bidang permukaan itu dan

tegak lurus terhadap garis tadi

Efek demikian dapat diperlihatkan dengan alat sederhana seperti pada gambar

berikut:

Gelang kawat

Benang

Gambar 1.1 Gambar 1.2

Pada sebuah gelang kawat yang berdiameter beberapa inchi, diikatkan sebuah jerat

dari benang seperti terlihat pada gambar. Kalau benang beserta jerat itu dicelupkan ke

dalam air sabun lalu diangkat kembali, maka terbentuklah selaput tipis zat cair,

sedangkan jerat “terapung” dengan bebas di dalamnya, seperti pada gambar 1.1.

Jika selaput di dalam jerat ditusuk hingga pecah, maka benang segera berubah

bentuknya menjadi lingkaran seperti pada gambar 1.2, seolah-olah permukaan zat cair

itu menarik keluar secara radial terhadap jerat tadi (dilukiskan oleh anak-anak panah).

Agaknya gaya tarik ini juga sudah bekerja sebelum selaput dipecahkan, tetapi karena

2

pada kedua belah sisi benang terdapat selaput, maka gaya netto yang dilakukan oleh

selaput pada benang ketika itu sama dengan nol.

Alat lain yang serba sederhana untuk memperlihatkan efek permukaan dilukiskan

pada gambar berikut.

Gambar 1.3

Sepotong kawat dibengkokkan menjadi berbentuk U dan sepotong lagi digunakan

sebagai peluncur. Jika kerangka ini dicelupkan ke dalam larutan sabun lalu diangkat

kembali, kawat peluncur itu (jika beratnya w1 tidak terlalu besar) dengan cepat

tertarik ke atas.

Peluncur ini dapat disetimbangkan dengan menambahkan beban w2. Ternyata

gaya F = w1 + w2 dapat menahan peluncur dalam sembarang posisi, berapapun luas

selaput, asal saja suhu selaput konstan. Ini amat berlainan dengan sifat elastik

lembaran karet, yang mana gaya tersebut akan menjadi lebih besar kalau lembaran itu

ditarik.

Walaupun selaput sabun seperti pada gambar 1.3 itu sangat tipis, namun

tebalnya masih jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran satu molekul. Jadi,

masih dianggap sebagai bagian dari zat cair itu sebagai keseluruhan yang dibatasi

oleh dua lapisan permukaan yang tebalnya beberapa molekul.

Jika kawat peluncur pada gambar 1.3 ditarik ke bawah sehingga luas selaput

bertambah, maka molekul yang tadinya berada di dalam kumpulan zat cair akan

masuk ke dalam lapisan permukaan. Artinya, lapisan ini tidak “teregang” seperti

teregangnya selembar karet, melainkan bertambah luasnya itu ialah karena molekul-

molekul yang berpindah dari dalam kumpulan zat cair tadi.

Andaikan l adalah panjang kawat peluncur. Karena selaput mempunyai dua

permukaan, total panjang permukaan dimana gaya permukaan itu bekerja ialah 2l.

Tegangan permukaan () di dalam selaput didefinisikan sebagai perbandingan gaya

permukaan terhadap panjang permukaan (tegak lurus pada gaya) yang dipengaruhi

oleh gaya itu.

3

Jadi dalam hal ini,

= F

2 l

Dalam sistem cgs, tegangan permukaan dinyatakan dengan dyne per sentimenter.

Cara lain untuk memperlihatkan gaya permukaan ialah dengan alat seperti pada

gambar berikut, yang banyak digunakan untuk mengukur tegangan permukaan.

F

Gambar 1.4

Kawat berbentuk lingkaran dengan kelilingnya l diangkat dari segumpal zat cair.

Gaya tambahan F yang diperlukan untuk mengimbangi gaya permukaan 2 l yang

ditimbulkan selaput permukaan pada tiap sisi diukur atas dasar pertambahan panjang

sebuah pegas halus atau atas dasar puntiran sepotong kawat puntir. Dengan demikian

tegangan permukaan () ditentukan berdasarkan :

= F

2 l

Selain itu tegangan permukaan dapat pula didefinisikan sebagai usaha yang

diperlukan untuk menciptakan suatu permukaan baru.

= usaha = W = F S = F (Newton/m2)

luas A l S l

dimana: F = gaya tarik

l = panjang cairan yang kena permukaan

Dalam percobaan ini yang digunakan adalah cincin aluminium berjari-jari r, seperti

pada gambar 1.5 (hal. 5). Karena cincin punya 2 permukaan (luar dan dalam) maka :

l = 2 d

d = diameter cincin

Jadi, = F

2 d

BAB III

4

PERALATAN DAN CARA KERJA

3.1 Peralatan

Untuk percobaan ini dibutuhkan peralatan:

1. 1 buah stand base dengan panjang sisi 28 cm

2. 2 buah batang besi dengan panjang 25 cm dan 50 cm.

3. 1 set spring balance dengan skala Newton / mili Newton

4. 1 buah laboratory stand (dongkrak)

5. 1 buah cincin aluminium

3.2 Cara kerja

1. Peralatan disusun seperti gambar berikut

Gambar 1.5

2. Gelas diisi dengan cairan yang akan dicari tegangan permukaannya.

3. Skrup penyangga diputar hingga gelas ukur yang berisi cairan naik dan

cincinnya tenggelam dalam cairan.

4. Gelas ukur diturunkan dengan jalan memutar skrup penyangga hinga dicapai

keadaan maksimum dan tegangan permukaan terbaca pada neraca pegas.

5. Cairan yang dicari tegangan permukaannya adalah air, minyak tanah,

alkohol dan olie.

6. Masing-masing cairan dilakukan 5 kali percobaan.

5

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis data

Ralat pengukuran

Dari hasil pengukuran yang berulang, didapatkan besar gaya yang berbeda. Oleh

karena itu perlu adanya ralat kebetulan.

Ralat F Aquades

No. F (mN) _

F - F _

( F - F)2

1. 59 0.5 0.252. 60 -0.5 0.253. 59.5 0 04. 60 -0.5 0.255. 59 0.5 0.25

_ F = 59.5

_ ( F - F) 2 = 1

Tabel 1.1

Ralat mutlak: _

( F - F) 2 1/2

= n ( n - 1)

= 1 1/2

20

= 0.2

Ralat nisbi: I = / F x 100 %

= 0.2 x 100 %

59.5

= 0.34 %

Keseksamaan: K = 100 % - I

= 100 % - 0.34 %

K = 99.66 % Ralat F alkohol 70 %

6

No. F (mN) _

F - F _

( F - F)2

1. 57 0.7 0.492. 57.5 0.2 0.043. 58.5 -0.8 0.644. 58 -0.3 0.095. 57.5 0.2 0.04

_ F = 57.7

_ ( F - F) 2 = 1.3

Tabel 1.2

Ralat mutlak: _

( F - F) 2 1/2

= n ( n - 1)

= 1.3 1/2

20

= 0.065

= 0.3

Ralat nisbi: I = / F x 100 %

= 0.3 x 100 %

57.7

= 0.52 %

Keseksamaan: K = 100 % - I

= 100 % - 0.52 %

K = 99.48 %

Ralat F minyak tanah

7

No. F (mN) _

F - F _

( F - F)2

1. 56 0.8 0.642. 57 -0.2 0.043. 56.5 0.3 0.094. 57 -0.2 0.045. 57.5 -0.7 0.49

_ F = 56.8

_ ( F - F) 2 = 1.3

Tabel 1.3

Ralat mutlak: _

( F - F) 2 1/2

= n ( n - 1)

= 1.3 1/2

20

= 0.065

= 0.3

Ralat nisbi: I = / F x 100 %

= 0.3 x 100 %

56.8

= 0.53 %

Keseksamaan: K = 100 % - I

= 100 % - 0.53 %

K = 99.47 %

Ralat F Olie SAE 30

_ _

8

No. F (mN) F - F ( F - F)2

1. 63.2 -1.26 1.58762. 61 0.94 0.88363. 61.5 0.44 0.19364. 63 -1.06 1.12365. 61 0.94 0.8836

_ F = 61.94

_ ( F - F) 2 = 4.672

Tabel 1.4

Ralat mutlak: _

( F - F) 2 1/2

= n ( n - 1)

= 4.672 1/2

20

= 0.2336

= 0.5

Ralat nisbi: I = / F x 100 %

= 0.5 x 100 %

61.94

= 0.81 %

Keseksamaan: K = 100 % - I

= 100 % - 0.81 %

K = 99.19 %

Dari hasil di atas dapat diambil rata-rata F dari masing-masing zat cair untuk dicari

besarnya tegangan permukan, yaitu dengan menggunakan persamaan :

= F

9

l

Karena pada percobaan ini benda yang digunakan adalah cincin, maka persamaan

tersebut menjadi

= F

2 d

Satuan yang digunakan pada percobaan di atas adalah mN, karena itu perlu dirubah

menjadi Newton. Demikian juga diamater cincin yang digunakan adalah 0,06 m.

Tegangan permukaan aquades :

= F

2 d

= 0,0595

2 . 3,14 . 0,06

= 0,0595

0,3768

= 0,157909 (Newton/m2)

Tegangan permukaan alkohol 70 %:

= F

2 d

= 0,0577

2 . 3,14 . 0,06

= 0,0577

0,3768

= 0,153132 (Newton/m2)

Tegangan permukaan minyak tanah :

= F

2 d

= 0,0568

2 . 3,14 . 0,06

= 0,0568

0,3768

= 0,150743 (Newton/m2)

Tegangan permukaan olie SAE 30 :

= F

2 d

10

= 0,06194

2 . 3,14 . 0,06

= 0,06194

0,3768

= 0,164384 (Newton/m2)

Dari hasil gaya dan tegangan permukaan yang dapat dibuat grafik linear sebagai

berikut :

Grafik 1.1

4.2 Pembahasan

Apabila terjadi perbedaan pada tiap pengukuran gaya untuk cairan yang sama,

hal ini kemungkinan disebabkan karena neraca pegas yang digunakan berubah

kepegasannya setelah digunakan kesekian kalinya. Untuk itu tiap cairan diambil rata-

rata gayanya baru kemudian dihitung tegangan permukaannya. Kemungkinan lainnya

adalah ketelitian dalam menentukan keadaan maksimum pada saat memutar dongkrak

dan melihat neraca pegas, sangat mungkin terjadi kesalahan.

Pada percobaan ini benda yang digunakan untuk mencari tegangan permukaan

cairan adalah cincin logam yang memiliki dua permukaan. Karena itu rumus l yang

digunakan adalah 2 d dan rumus A adalah r2. Apabila benda yang digunakan

berupa kotak dengan 2 permukaan maka rumus l yang digunakan adalah 4p + 4l, dan

rumus A adalah p.l.

BAB V

11

KESIMPULAN

Dari hasil analisa data percobaan maka dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut:

* Besar tegangan permukaan aquades adalah 0,157909 (Newton/m2)

Besar tegangan permukaan alkohol 70 % adalah 0,153132 (Newton/m2)

Besar tegangan permukaan minyak tanah adalah 0,150743 (Newton/m2)

Besar tegangan permukaan olie SAE 30 adalah 0,164384 (Newton/m2)

Minyak tanah mempunyai tegangan permukaan terkecil

Olie SAE 30 mempunyai tegangan permukaan terbesar

12

ABSTRAK

Sebatang jarum, jika diletakkan di atas permukaan air, akan membuat lekukan

kecil pada permukaan air itu dan tidak akan tenggelam, biarpun rapat massanya

sepuluh kali rapat massa air. Hal ini disebabkan karena permukaan air memiliki

tegangan permukaan.

Tegangan permukaan adalah usaha yang diperlukan untuk menciptakan suatu

permukaan baru. Masing-masing zat cair memiliki tegangan permukaan yang

berbeda-beda. Demikian pula cara mencari besar tegangan permukaan ada berbagai

macam. Pada percobaan ini digunakan cara yang sering dipakai.

i

DAFTAR ISI

1. Abstrak ............................................................................................ ( i )

2. Daftar isi ...................................................................................... ( ii )

3. Daftar gambar ................................................................................ ( iii )

4. Daftar tabel ..................................................................................... ( iv )

5. Daftar grafik ................................................................................ ( v )

6. BAB I Pendahuluan ..................................................................... 1

1.1 Latar belakang ........................................................................ 1

1.2 Tujuan percobaan ................................................................... 1

1.3 Permasalahan ......................................................................... 1

1.4 Sistimatika laporan .................................................................. 1

7. BAB II Dasar Teori ................................................................... 2

8. BAB III Peralatan dan cara kerja ..................................................... 5

3.1 Peralatan ................................................................................. 5

3.2 Cara kerja ............................................................................... 5

9. BAB IV Analisis data dan pembahasan ........................................... 6

4.1 Analisis data ............................................................................ 6

4.2 Pembahasan ............................................................................ 11

10. BAB V Kesimpulan ...................................................................... 12

11. Daftar Pustaka .............................................................................. ( iv )

12. Lampiran

ii

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar alat pembukti efek permukaan dengan benang dan jerat sebelum diangkat

dari air sabun

Gambar 1.1 ......................................................................................... 2

2. Gambar alat pembukti efek permukaan dengan benang dan jerat ketika diangkat

dari air sabun

Gambar 1.2 ......................................................................................... 2

3. Gambar alat pembukti efek permukaan dengan kawat peluncur dan beban ringan

Gambar 1.3 ......................................................................................... 3

4. Gambar alat pembukti efek permukaan dengan kawat berbentuk lingkaran

Gambar 1.4 ......................................................................................... 4

5. Gambar alat percobaan

Gambar 1.5 ......................................................................................... 5

iii

DAFTAR TABEL

1. Tabel ralat kebetulan F aquades

Tabel 1.1 .............................................................................................. 6

2. Tabel ralat kebetulan F alkohol

Tabel 1.2 .............................................................................................. 7

3. Tabel ralat kebetulan F minyak tanah

Tabel 1.3 .............................................................................................. 8

4. Tabel ralat kebetulan F olie SAE 30

Tabel 1.4 .............................................................................................. 9

iv

DAFTAR GRAFIK

1. Grafik gaya sebagai fungsi tegangan

Grafik 1.1 ............................................................................................. 11

v

DAFTAR PUSTAKA

1. Dosen - dosen Fisika, Fisika I, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

2. Sears. Zemansky, Fisika Untuk Universitas 1, Yayasan Dana Buku Indonesia,

Jakarta-New York.

3. Dosen - dosen Fisika, Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

vi